Лекция 1 АБс

1. 1. Общие сведения об ЭВМ

2.

1.1. Классификация ЭВМ
Рассмотрим некоторые из наиболее популярных классификаций:
- по принципу действия.
Критерием деления вычислительных машин
здесь является форма представления информации, с которой они работают
1. Аналоговые (АВМ) - вычислительные машины непрерывного действия, работают с информацией, представленной в непрерывной (аналоговой) форме, т.е. в виде непрерывного ряда
значений какой-либо физической величины (чаще всего электрического напряжения).

3.

Основные достоинства и недостатки АВМ:
- простота и удобство в эксплуатации;
- программирование задач для решения на
них, как правило, нетрудоемкое;
- скорость решения задач изменяется по
желанию оператора и может быть сделана сколь
- угодно большой (больше ,чем у ЦВМ),
но точность решения задач очень низкая
(относительная погрешность 2-5%).
На АВМ наиболее эффективно решать математические задачи, содержащие дифференциальные уравнения, не требующие сложной
логики.

4.

2. Цифровые (ЦВМ) - вычислительные машины
дискретного действия, работают с информацией, представленной в дискретной, а точнее, в цифровой форме.
3. Гибридные (ГВМ) - вычислительные машины
комбинированного действия, работают с информацией, представленной и в цифровой, и в аналоговой
форме;
они совмещают в себе достоинства АВМ и ЦВМ. ГВМ
целесообразно использовать для решения задач управления сложными быстродействующими техническими
комплексами.
Наиболее широкое применение получили ЦВМ с
электрическим представлением дискретной информации - электронные цифровые вычислительные машины, обычно называемые просто электронными вычислительными машинами (ЭВМ), без упоминания об их
цифровом характере.

5.

- по назначению.
1. Универсальные (общего назначения) предназначены для решения самых различных
технических задач, экономических, математических, информационных и других задач, отличающихся сложностью алгоритмов и большим
объемом обрабатываемых данных.
Они широко используются в вычислительных
центрах коллективного пользования и в других
мощных вычислительных комплексах.

6.

2. Проблемно-ориентированные - служат для
решения более узкого круга задач, связанных,
как правило, с управлением технологическими
объектами; регистрацией, накоплением и обработкой относительно небольших объемов
данных; выполнением расчетов по относительно несложным алгоритмам;
Они обладают ограниченными по сравнению с
универсальными ЭВМ аппаратными и программными ресурсами.
К проблемно-ориентированным ЭВМ можно
отнести, в частности, всевозможные управляющие вычислительные комплексы

7.

3. Специализированные - используются для
решения узкого круга задач или реализации строго
определенной группы функций.
Такая узкая ориентация ЭВМ позволяет четко
специализировать их структуру, существенно снизить
их сложность и стоимость при сохранении высокой
производительности и надежности их работы.
К специализированным ЭВМ можно отнести,
например, программируемые микропроцессоры
специального назначения; адаптеры и контроллеры,
выполняющие логические функции управления отдельными несложными техническими устройствами, агрегатами и процессами; устройства согласования и сопряжения работы узлов вычислительных
систем.

8.

- по размерам и функциональным возможностям.
1. сверхбольшие (суперЭВМ)
2. большие (универсальные ЭВМ общего назначения);
3. малые ( или мини )
5. сверхмалые (микроЭВМ)
1. К суперЭВМ относятся мощные многопроцессор-
ные вычислительные машины с быстродействием сотни
миллионов - десятки миллиардов операций в секунду.
Супер-компьютеры используются для решения сложных и больших научных задач (метеорология, гидродинамика и т. п.), в управлении, разведке, в качестве
централизованных хранилищ информации и т.д.

9.

Архитектура суперкомпьютеров основана на
идеях параллелизма и конвейеризации
вычислений.
В этих машинах параллельно, то есть одновременно, выполняется множество похожих
операций (это называется мультипроцессорной
обработкой).
Таким образом, сверхвысокое быстродействие обеспечивается не для всех задач, а только для задач, поддающихся распараллеливанию.
Конвейеризация – это техника, в результате
которой за-дача или команда разбивается на
некоторое число подза-дач, которые
выполняются последовательно.

10.

Каждая подкоманда выполняется на своем
логическом устройстве. Все логические устройства (ступени) соединяются последовательно
таким образом, что выход i-ой ступени связан с
входом (i+1)-ой ступени, все ступени работают
одновременно. Множество ступеней называется конвейером.
Выигрыш во времени достигается при выполнении нескольких задач за счет параллельной работы ступеней, вовлекая на каждом такте новую задачу или команду.

11.

Отличительной особенностью суперкомпьютеров являются векторные процессоры,
оснащенные аппаратурой для параллельного
выполнения операций с многомерными цифровыми объектами - векторами и матрицами.
В них встроены векторные регистры и параллельный конвейерный механизм обработки.
Если на обычном процессоре программист
выполняет операции над каждым компонентом вектора по очереди, то на векторном выдаёт сразу векторные команды

12.

Наряду с векторно-конвейерной системой обработки данных существует и скалярная система, основанная на выполнении
обычных арифметических операций над
отдельными числами или парами чисел.
Системы, использующие скалярную
обработку данных, по своей производительности уступают суперЭВМ, но у них наблюдаются тенденции, характерные для высокопроизводительных вычислительных систем:
необходимость распараллеливания больших
задач между процессорами.

13.

Типовая модель суперЭВМ имеет примерно
следующие характеристики:
- высокопараллельная многопроцессорная вычислительная система(МПВС) с
быстродействием примерно 100000 МFLOPS;
- емкость: оперативной памяти 10 Гбайт,
дисковой памяти 1-10 Тбайт;
- разрядность: 64; 128 бит.

14.

Высокопараллельные МПВС имеют несколько разновидностей:
- магистральные (конвейерные) МПВС, в которых
процессоры одновременно выполняют разные операции над
последовательным потоком обрабатываемых данных;
Эти МПВС относятся к системам с многократным потоком
команд и однократным потоком данных (МКОД или МISD Мultiple Instruction Single Data);
- векторные МПВС, в которых все процессоры одновременно выполняют одну команду над различными данными однократный поток команд с многократным потоком данных
(ОКМД или SIMD - Single Instruction Multiple Data);
- матричные МПВС, в которых МП одновременно выполняют разные операции над несколькими последователь-ными
потоками обрабатываемых данных - многократный поток
команд с многократным потоком данных (МКМД или МIМD Multiple Instruction Multiple Data).

15.

16.

17.

В суперЭВМ используются все три варианта
архитектуры МПВС:
· структура МIМD в классическом ее варианте
(например, в суперкомпьютере ВSP фирмы
Burroughs);
· параллельно-конвейерная модификация,
иначе, ММISD, т.е. многопроцессорная (Мultiple)
МISD-архитектура (например, в суперкомпьютере
"Эльбрус 3");
· параллельно-векторная модификация, иначе,
МMISD, т.е. многопроцессорная SIMD-архитектура
(например, в суперкомпьютере Сrау 2).
Наибольшую эффективность показала МSIMDархитектура, поэтому в современных суперЭВМ чаще
всего используется именно она (суперкомпьютеры
фирм Cray, Fujitsu, NEC, Hitachi и др.).

18.

2. Большие ЭВМ
Это самые мощные компьютеры. Их применяют
для обслуживания очень крупных организаций и даже
целых отраслей народного хозяйства.
За рубежом компьютеры этого класса называют
мэйнфреймами (mainframe). В России за ними закрепился термин большие ЭВМ.
Штат обслуживания большой ЭВМ составляет до
многих десятков человек. На базе таких суперкомпьюте-ров создают вычислительные центры, включающие в себя несколько отделов или групп: системного и
прикладного программирования, подготовки данных,
технического обеспечения, информационного обеспечения, выдачи данных.

19.

К мейнфреймам относятся, как правило,
компьютеры, имеющие следующие
характеристики:
производительность не менее 100 MIPS;
основную память емкостью от 64 до
10000 Mбайт;
внешнюю память не менее 100 Гбайт;
многопользовательский режим работы
(обслуживают одновременно от 16 до 1000
пользователей).

20.

Основные направления эффективного применения мейнфреймов – это решение научно-технических задач, работа в вычислительных системах с
пакетной обработкой информации, работа с большими базами данных, управление вычислительны-ми сетями и их ресурсами.
Последнее направление – использование мейнфреймов в качестве больших серверов вычислительных сетей часто отмечается специалистами
среди наиболее актуальных.
Большие ЭВМ отличаются высокой стоимостью
оборудования и обслуживания, поэтому работа
таких суперкомпьютеров организована по непрерывному циклу.

21.

Родоначальником современных больших
ЭВМ, по стандартам которой в последние
несколько десятилетий развивались ЭВМ этого
класса в большинстве стран мира, является
фирма IBM.
Среди лучших современных разработок
мейнфреймов за рубежом в первую оче-редь
следует отметить: американский IBM 390, IBM
4300, (4331, 4341, 4361, 4381), пришедшие на
смену IBM 380 в 1979 году, и IBM ES/9000,
созданные в 1990 году, а также японские компьютеры M 1800 фирмы Fujitsu.

22.

3. Малые ЭВМ (мини ЭВМ) - надежные,
недорогие и удобные в эксплуатации компьютеры, обладающие несколько более низкими по
сравнению с мэйнфреймами возможностя-ми
Мини - ЭВМ (и наиболее мощные из них
супермини - ЭВМ) обладают следующими
характеристиками:
· производительность - до 100 МIPS;
· емкость основной памяти - 4-512 Мбайт;
· емкость дисковой памяти - 2-100 Гбайт;
· число поддерживаемых пользователей- 16-512.

23.

Все модели мини-ЭВМ разрабатываются на основе
микропроцессорных наборов ИМС 16-, 32-, 64-разрядных микропроцессоров.
Основные их особенности: 1. широкий диапазон
производительности в конкретных условиях применения, 2. аппаратная реализация большинства системных функций ввода-вывода информации, 3. простая
реализация микропроцессорных и многомашинных
систем, 4. высокая скорость обработки прерываний,
5. возможность работы с форматами данных различной длины.
К достоинствам мини-ЭВМ можно отнести:
специфичную архитектуру с большой модульностью,
лучше, чем у мейнфреймов, соотношение производительность/цена, повышенная точность вычислений.

24.

Мини-ЭВМ ориентированы на использование в качестве управляющих вычислительных комплексов.
Наряду с использованием для управления
технологическими процессами мини-ЭВМ
успешно применяется для вычислений в
многопользовательских вычислительных
системах, в системах автоматизированного
проектирования, в системах моделирования
несложных объектов, в системах искусственного интеллекта.

25.

4. МикроЭВМ обязаны своим появлением
созданию микропроцессора, что не только
изменило конструктивно центральную часть
ЭВМ, но и привело к необходимости разработки малогабаритных устройств для ее периферийной части.
МикроЭВМ получили широкое распространение во всех сферах экономики, промышленности и оборонного комплекса благо-даря
малым размерам, высокой производительности, повышенной надежности и небольшой стоимости.

26.

Продвинутые модели микрокомпьютеров имеют
несколько микропроцессоров.
Производительность компьютера определяется
не только характеристиками применяемого микропроцессора, но и ёмкостью оперативной памяти, типами периферийных устройств, качеством конструктивных решений и др.
Микрокомпьютеры представляют собой инструменты для решения разнообразных сложных задач.
Их микропроцессоры с каждым годом увеличивают мощность, а периферийные устройства – эффективность. Быстродействие - порядка 1 - 10 миллионов
опеpаций в сек.
Разновидность микрокомпьютера – микроконтроллер. Это основанное на микропроцессоре специализированное устройство, встраиваемое в систему управления или технологическую линию.

27.

Можно привести следующую классификацию
микроЭВМ:
1. Универсальные
- Многопользовательские микроЭВМ – это мощные микроЭВМ, оборудованные несколькими видеотерминалами и функционирующие в режиме
разделения времени, что позволяет эффективно
работать на них сразу нескольким пользователям.
- Персональные компьютеры(ПК) – однопользовательские микроЭВМ удовлетворяющие требованиям
общедоступности и универсальности применения,
рассчитанные на одного пользователя и управляемые одним человеком.

28.

Пеpсональный компьютеp должен удовлетворять следующим требованиям:
• стоимость от нескольких сотен до 5-10 тысяч
доллаpов;
• наличие внешних ЗУ на CD,DVD- дисках;
• объём оперативной памяти не менее 8 Гбайт;
• наличие операционной системы;
• способность работать с программами на языках высокого уровня;
• ориентация на пользователя непрофессионала (в простых моделях).

29.

Основные разновидности портативных компьютеров:
- Laptop (наколенник, от lap — колено и top —
поверх).
По размерам близок к обычному портфелю.
По основ-ным характеристикам (быстродействие,
память) примерно соответствует настольным ПК.
- Notebook (блокнот, записная книжка).
По размерам он ближе к книге крупного
формата. Имеет вес около 3 кг. Для связи с офисом его обычно комплектуют модемом.
Ноутбуки зачастую снабжают приводами CD-ROM.

30.

Многие современные ноутбуки включают
взаимозаменяемые блоки со стандартными
разъёмами.
В одно и то же гнездо можно по мере надобности вставлять привод компакт-дисков,
накопитель на магнитных дисках, запасную
батарею или съёмный винчестер.
Ноутбук устойчив к сбоям в энергопитании.
Даже если он получает энергию от обычной
электросети, в случае какого-либо сбоя он
мгновенно переходит на питание от аккумуляторов.

31.

- Palmtop (наладонник) — самые маленькие
современные персональные компьютеры.
Умещаются на ладони. Магнитные диски в
них заменяет энергонезависимая электронная
память.
Нет и накопителей на дисках — обмен информацией с обычными компьютерами идет
по линиям связи. Если Palmtop дополнить
набором деловых программ, записанных в его
постоянную память, получится персональный
цифровой помощник (Personal Digital Assistant).

32.

2. Специализированные
Рабочие станции представляют собой однопользовательские мощные микроЭВМ, специализированные для
выполнения определенного вида работ (графи-ческих,
инженерных, издательских и др.)
3. Серверы
Серверы – многопользовательские мощные микроЭВМ в вычислительных сетях, выделенные для обработки запросов от всех станций сети.
Сервер – выделенный для обработки запросов от всех
станций вычислительной сети компьютер, предоставляющий этим станциям доступ к общим систем-ным
ресурсам (вычислительным мощностям, базам данных,
библиотекам программ, принтерам, факсам и др.) и
распределяющий эти ресурсы. Такой универсальный
сервер часто называют сервером приложений.

33.

4. Рабочая станция
Рабочей станцией называется совокупность
аппаратных и программных средств, предназначенных для решения профессиональных
задач.
Это специализированный высокопроизводительный компьютер для тех, кому необходима
надежная и производительная система, гарантирующая стабильную и эффективную работу
приложений.
Использование рабочих станций позволяет
вывести ваше предприятие на новый профессиональный уровень вне зависимости от того, в
какой области вы развиваетесь.

34.

Рабочие станции решают широкий спектр задач:
Инженерно-технические задачи – 3Dпроектирование и конструирование, расчетные
работы.
Профессиональная работа с трехмерной
графикой – визуализация, 3D-моделирование,
мультипликация, спецэффекты.
Цифровая обработка фото и видео
материала - верстка, монтаж, дизайн.
Работа с большими объемами данных –
статистика, аналитика, прогнозирование.

35.

1.2. Основные характеристики ЭВМ
Функциональные возможности ЭВМ обусловливают
важнейшие технико-эксплуатационные характеристики:
• быстродействие, измеряемое усредненным
количеством операций, выполняемых машиной за
единицу времени;
• разрядность и формы представления чисел, с
которыми оперирует ЭВМ;
• номенклатура, емкость и быстродействие всех
запоминающих устройств;
• номенклатура и технико-экономические
характеристики внешних устройств хранения, обмена и
ввода-вывода информации;
• типы и пропускная способность устройств связи и
сопряжения узлов ЭВМ между собой (внутримашинного
интерфейса);

36.

• способность ЭВМ одновременно работать
с несколькими пользователями и выполнять
одновременно несколько программ
(многопрограммность);
• типы и технико-эксплутационные характеристики операционных систем, используемых в
машине;
• наличие и функциональные возможности
программного обеспечения;
• способность выполнять программы,
написанные для других типов ЭВМ (программная совместимость с другими типами ЭВМ);

37.

• система и структура машинных команд;
• возможность подключения к каналам
связи и к вычислительной сети;
• эксплуатационная надежность ЭВМ;
• коэффициент полезного использования
ЭВМ во времени, определяемый соотношением времени полезной работы и времени
профилактики.

38.

39.

1.3.1. Архитектурные принципы фон Неймана.
Классические принципы построения архитектуры
ЭВМ были предложены в 1946 году и известны как
принципы фон Неймана".
Они таковы:
1. Принцип двоичного кодирования.
Авторы убедительно продемонстрировали преимущества двоичной системы для технической реализации, удобство и простоту выполнения в ней арифметических и логических операций.
ЭВМ стали обрабатывать и нечисловые виды информации - текстовую, графическую, звуковую и другие, но двоичное кодирование данных попрежнему
составляет информационную основу любого современного компьютера.

40.

2. Принцип однородности памяти.
Как программы (команды), так и данные хранятся
в одной и той же памяти (и кодируются в одной и той
же системе счисления — чаще всего двоичной ). Над
командами можно выполнять такие же действия, как
и над данными.
3. Принцип адресуемости памяти.
Структурно основная память состоит из пронумерованных ячеек; процессору в произвольный момент
времени доступна любая ячейка; память внутренняя.

41.

4. Принцип последовательного программного
управления.
Все команды располагаются в памяти и выполняются последовательно, одна после завершения другой, в последовательности, определяемой программой.
5. Принцип жесткости архитектуры
Неизменяемость в процессе работы топологии,
архитектуры, списка команд.
Компьютеры, построенные на этих принципах,
относят к типу фоннеймановских.

42.

43.

1.3.2. Гарвардская архитектура
Гарвардская архитектура — архитектура ЭВМ, отличительным признаком которой является раздельное хранение и обработка команд и данных.
Архитектура была разработана Говардом Эйкеном в конце
1930-х годов в Гарвардском университете.
- Классическая гарвардская архитектура
Типичные операции (сложение и умножение) требуют от
любого вычислительного устройства нескольких действий:
1. выборку двух операндов,
2. выбор инструкции и её выполнение,
3. и, наконец, сохранение результата.
Идея, реализованная Эйкеном, заключалась в физическом разделении линий передачи команд и данных.
Это позволяло одновременно пересылать и обрабатывать команды и данные, благодаря чему значительно
повышалось общее быстродействие компьютера.

44.

45.

- Модифицированная Гарвардская
архитектура
Соответствующая схема реализации доступа
к памяти имеет один очевидный недостаток
— высокую стоимость.
При разделении каналов передачи команд
и данных на кристалле процессора последний
должен иметь почти вдвое больше выводов,
так как шина адреса и шина дан-ных
составляют основную часть выводов
микропроцессора.

46.

Способом решения этой проблемы стала идея
использовать
общие шину данных и шину адреса для всех
внешних данных, а внутри процессора использовать шину данных, шину команд и две шины адреса.
Такую концепцию стали называть
модифицированной Гарвардской архитектурой.
Разделение шин в модифицированной Гарвардской структуре осуществляется при помощи
раздельных управляющих сигналов: чтения, записи или выбора области памяти.

47.

- Расширенная Гарвардская архитектура
Часто требуется выбрать три составляющие :
два операнда и инструкцию (в алгоритмах цифровой обработки сигналов это наиболее распространенная задача в БПФ и КИХ, БИХ фильтрах).
Для этого существует кэш-память. В ней может
храниться инструкция — следовательно, обе шины остаются свободными и появляется возможность передать два операнда одновременно.
Использование кэш-памяти вместе с разделёнными шинами получило название «Super Harvard
Architecture» («SHARC») — расширенная Гарвардская архитектура.

48.

1.4. Принцип программного управления.
Основным принципом построения всех современных ЭВМ является программное управление.
В основе его лежит представление алгоритма
решения любой задачи в виде программы вычислений.
Принцип программного управления может
быть осуществлен различными способами.
Стандартом для построения практически всех
ЭВМ стал способ, описанный Дж. фон Нейманом
в 1945 г. при построении еще первых образцов
ЭВМ.

49.

Суть его заключается в следующем.
1. Все вычисления, предписанные алгоритмом
решения задачи, должны быть представлены в
виде программы, состоящей из последовательности управляющих слов-команд.
2. Каждая команда содержит указания на
конкретную выполняемую операцию, место
нахождения (адреса) операндов и ряд служебных признаков. Операнды - переменные, значения которых участвуют в операциях преобразования данных.
3. Список (массив) всех переменных (входных
данных, промежуточных значений и результатов
вычислений) является еще одним неотъемлемым элементом любой программы.

50.

Для доступа к программам, командам и операндам используются их адреса.
В качестве адресов выступают номера ячеек
памяти ЭВМ, предназначенных для хранения
объектов.
Информация ( командная и данные: числовая,
текстовая, графическая и т.п.) кодируется двоичными цифрами 0 и 1.
Поэтому различные типы информации, размещенные в памяти ЭВМ, практически неразличимы,
идентификация их возможна лишь при выполнении программы, согласно ее логике, по контексту.
.

51.

Каждый тип информации имеет форматы структурные единицы информации, закодированные двоичными цифрами 0 и 1.
Обычно все форматы данных, используемые в
ЭВМ, кратны байту, т.е. состоят из целого числа
байтов.
Последовательность битов в формате, имеющая
определенный смысл, называется полем.
Например, в каждой команде программы различают поле кода операций, поле адресов операндов.
Применительно к числовой информации выделяют знаковые разряды, поле значащих разрядов
чисел, старшие и младшие разряды.

52.

1.5. Иерархический принцип организации
технических средств ЭВМ.
Любой компьютер, представляет собой сложную систему, состоящую из сотен тысяч или даже
миллионов простейших электронных компонентов.
Единственный способ описать функционирование и структуру подобного рода сложных систем — выполнить ее иерархическую декомпозицию.
Любую иерархическую систему можно представить в виде ограниченного множества взаимодействующих подсистем, каждая из которых несет определœ
енную функциональную нагрузку.

53.

На определœ
енном этапе проектирования разработчик, как правило, имеет дело с каким-либо одним
уровнем иерархии..
При проектировании подсистемы любого уровня
для разработчика наибольший интерес представляют ее (подсистемы) структура и распределœ
ение
функций между компонентами.
Структура — это способ объединœ
ения компонентов
подсис-темы в единое целое, а
Функции — операции, выполняемые каждым компонентом в процессе реализации функции, назначенной всœ
ей подсистеме.

54.

Рассмотрим базовые функции, которые выполняет компьютер.
В самом общем смысле таких функций всœ
его четыре:
1. обработка данных;
2. хранение данных;
3. перемещение данных;
4. управление.
1. Компьютер, естественно, в первую очередь обязан обрабатывать данные, которые могут принимать самые разные формы, а
диапазон выполняемых операций по их обработке также очень широк. При этом, всœ
е разнообразие операций может быть сведено к
немногим базовым типам или методам обработки.
2. Существенное место занимает и функция хранения данных.
Система должна выполнять функцию хранения данных хотя
бы и на короткое время. Но в большинстве случаев этого недостаточно.
От компьютера чаще всœ
его требуется выполнение функции
долговременного хранения файлов данных, которые могут
обрабатываться или обновляться по необходимости.

55.

3. Компьютер должен также обладать способностью перемещать данные, причем в обе стороны,
ᴛ.ᴇ. получать первичные данные из операционной
среды и отправлять результаты обработки внешним
абонентам.
Среда, в которой "живет" компьютер, состоит из
устройств, играющих либо роль источников данных,
либо роль приемников информации. Процесс
перемещения данных между компьютером и операционной средой принято называть процессом вводавывода, а устройства, входящие в состав операционной среды, — периферийными устройствами.
Когда данные передаются на большое расстояние, ᴛ.ᴇ. выполняется обмен данными с удаленными
уст-ройствами, данный процесс принято называть
передачей данных (data communication).

56.

4. И наконец, всœ
е эти три функции ( обработка ,
хранение и перемещение данных) должны выполняться в определœ
енной последовательности,
ᴛ.ᴇ. от компьютера требуется еще и выполнение
функции управления.
В конечном счете функция управления в основном ложится на плечи того, кто снабжает
компьютер последовательностью команд, ᴛ.ᴇ.
программой.
В самой же компьютерной системе функция
управления сводится к распределœ
ению ресурсов
и управлению другими функциями в процессе
обработки команд, заданных программой.

57.

Теперь рассмотрим структуру. Компьютер
является объектом, способным некоторым образом взаимодействовать с внешней по отношению к нему средой через связи, которые можно
разделить на:
1. Связи с локальным периферийным
оборудованием;
2. Связи для передачи данных на большое
расстояние.
По этой причине если рассматривать компьютер как элемент информационной среды , то это
будет выглядеть так:

58.

59.

На верхнем уровне иерархии эта структура компьютера состоит их следующих базовых компонентов См.
рис.4. :
1. Центральный процессор (ЦП)- управляет функционированием всœ
ей системы и выполняет функции
обработки информации.
2. Оперативная память (ОП)- хранит исходные данные и всю информацию, необходимую для их обработки
3. Устройства ввода-вывода (Увв/в) - перемещают
данные между компьютером и окружающей средой в
обе стороны.
4. Системные внутренние связи - представляют
собой некоторый механизм, обеспечивающий обмен
информацией между остальными компонентами ЦП,ОП и Увв/в.

60. Рис. 4. Архитектура ЭВМ, построенной на принципах фон Неймана. Сплошные линии со стрелками указывают направление потоков

информации, пунктирные-управляющих сигналов от процессора к
остальными узлам ЭВМ

61.

В состав конкретного компьютера могут входить один
или несколько компонентов каждого типа.
Как правило, в компьютере имеется один ЦП, но в
последнее время с состав компьютерной системы
включается несколько процессоров.
Теперь рассмотрим структуру ЦП. В состав ЦП входят:
1.Устройство управления (УУ), на ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ возлагаются
функции управления прочими компонентами ЦП, а
следовательно, всœ
ем компьютером;
2.Арифметическое и логическое устройство (АЛУ), ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ
выполняет всœ
е операции, связанные с содержательной
обработкой информации;
3. Регистры, которые хранят оперативную информацию во
время выполнения процессором текущей операции;
4. Внутренние связи ЦП, некоторый механизм, обеспечивающий совместную работу трех прочих компонентов ЦП.

62.

1.6. Проектирование ЭВМ
Процесс проектирования ЭВМ включает в себя
следующие его виды: структурное, функциональное,
схемотехническое и конструкторское.
Данные виды проектирования обычно и выполняются в указанной последовательности.
При структурном проектировании на основании
технического задания разрабатывается структурная
схема, определяющая основные структурные части
ЭВМ (устройства, блоки и т.п.), их назначение и взаимосвязи.
Выбираются системы команд, диагностики и
контроля, решаются вопросы обмена информацией
между ЭВМ и внешними устройствами и абонентами.

63.

При функциональном проектировании разрабатываются подробные функциональные схемы
устройств проектируемой ЭВМ, которые разъясняют определённые процессы, протекающие в
отдельных функциональных цепях или устройствах в целом и детализировать обмен информацией между ними.
В структурном и функциональном проектировании принимает участие сравнительно немного
специалистов, но высшей квалификации.
Большая часть решаемых ими задач оказывает огромное влияние на разработку и главные
показатели будущей ЭВМ.

64.

При схемотехническом(логическом) проектированииразрабатываются подробные
принципиальные схемы устройств,
ориентированные на определённые системы
элементов.
Схемотехническое проектирование ЭВМ
характеризуется большой трудоёмкостью и,
следовательно, требует боль-шого количества
разработчиков.
Основные задачи схемотехнического
проектирования хорошо формализуются и
позволяют использовать машин-ные методы
решения (автоматизация проектирования).

65.

При конструкторском проектировании (или,
иначе, конструировании)
1. выбирается структура пространственных,
энергетических и временных взаимосвязей
частей конструкции,
2. связей с окружающей средой и объектами,
3. определяются материалы и виды обработки;
4. устанавливаются количественные нормы
(для связей, материалов и обработок), по которым можно изготовить изделие, соответствующее заданным требованиям.

66.

Взаимосвязи в конструкциях ЭВМ могут иметь
различную природу, чаще всего электрическую,
оптическую, тепловую и механическую.
Конечным итогом процесса конструирования
является комплект технических (конструкторских)
документов, отображающий всю совокупность
задаваемых норм на вновь разрабатываемое
изделие.
Процесс разработки ЭВМ (как и любого другого
изделия) обычно состоит из нескольких взаимосвязанных этапов.
Работа, выполненная на этих этапах подразделяется на научно-исследовательскую (НИР) и
опытно-конструкторскую (ОКР).